DE19861015A1 - Arrangement for feeding electrical current into a 3-phase power network - Google Patents
Arrangement for feeding electrical current into a 3-phase power networkInfo
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Abstract
Beschrieben wird eine Anordnung (1) zur Einspeisung von elektrischem Strom in ein 3-phasiges Stromnetz (2), insbesondere zur Einspeisung des von einer Windkraftanlage erzeugten Stroms, mit einem Generator (3), einem Gleichrichter (5) und einem Netzumrichter (8) sowie einem zwischen dem Gleichrichter (5) und dem Netzumrichter (8) angeordneten, von Kondensatoren (6) gebildeten Zwischenkreis (7). Die Erfindung ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenkreis (7) spannungsmäßig geteilt und der Mittelpunkt (7a) des Zwischenkreises (7) geerdet ist. Es wird so erreicht, daß ein sehr großer Anteil der gesamten Anordnung (1) eine für hohe Frequenzen niedrige Impedanz zur Erde aufweist und deshalb nur eine sehr geringe elektromagnetische Abstrahlung hervorrufen kann (in Verbindung mit Figur 1).An arrangement (1) for feeding electrical current into a three-phase power network (2), in particular for feeding the electricity generated by a wind turbine, is described, with a generator (3), a rectifier (5) and a power converter (8) and an intermediate circuit (7) which is arranged between the rectifier (5) and the power converter (8) and is formed by capacitors (6). The invention is essentially characterized in that the intermediate circuit (7) is divided in terms of voltage and the center point (7a) of the intermediate circuit (7) is grounded. It is achieved in this way that a very large proportion of the entire arrangement (1) has an impedance to earth that is low for high frequencies and therefore can only cause very low electromagnetic radiation (in connection with FIG. 1).
Description
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Einspeisung von elektrischem Strom in ein 3-phasiges Stromnetz, insbesondere zur Einspeisung des von einer Windkraftanlage erzeugten Stroms, mit einem Generator, einem Gleichrichter und einem Netzumrichter sowie einem zwischen dem Gleichrichter und dem Netzumrichter angeordneten, von Kondensatoren gebildeten Zwischenkreis.The invention relates to an arrangement for feeding electrical current into a 3-phase Electricity network, in particular for feeding in from a wind turbine generated electricity, with a generator, a rectifier and a converter and one arranged between the rectifier and the converter, from Capacitors formed intermediate circuit.
Bei den bekannten Anlagen gemäß dem Gattungsbegriff ist es nachteilig, daß große hochfrequente Spannungsschwankungen auftreten, aus denen eine unerwünschte hohe elektromagnetische Abstrahlung resultiert.In the known systems according to the generic term, it is disadvantageous that large high-frequency voltage fluctuations occur, from which an undesirable high electromagnetic radiation results.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den genannten Nachteil zu beseitigen und eine Anordnung zur Einspeisung von elektrischem Strom in ein 3-phasiges Stromnetz zu schaffen, die sich durch eine geringe elektromagnetische Abstrahlung und eine Verringerung der leitungsgebundenen Störungen auszeichnet.The invention has for its object to eliminate the disadvantage mentioned and a Arrangement for feeding electrical current into a 3-phase power network create, which is characterized by a low electromagnetic radiation and a Reduction in line-based interference.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Die weitere Ausgestaltung der Erfindung ist den Unteransprüchen zu entnehmen.This object is solved by the features of claim 1. The further design the invention can be found in the subclaims.
Da der Zwischenkreis spannungsmäßig geteilt und der Mittelpunkt des Zwischenkreises geerdet ist, wird erreicht, daß ein sehr großer Anteil der gesamten Anordnung eine für hohe Frequenzen niedrige Impedanz zur Erde aufweist und deshalb nur eine sehr geringe elektromagnetische Abstrahlung hervorrufen kann. Because the DC link is divided in terms of voltage and the center of the DC link is grounded, it is achieved that a very large proportion of the entire arrangement one for high Frequencies has low impedance to earth and therefore only a very low one can cause electromagnetic radiation.
Vorzugsweise ist der Generator als 6-phasiger Synchrongenerator mit einer Phasenverschiebung von 60° ausgebildet. Es wird so vermieden, daß in einem 3-phasigen System eine sehr hohe Belastung des Erdleiters und der im Zwischenkreis angeordneten Kondensatoren durch die 3. Harmonische des Stromes auftritt.The generator is preferably in the form of a 6-phase synchronous generator Phase shift of 60 ° formed. It is thus avoided that in a 3-phase System a very high load on the earth conductor and the arranged in the intermediate circuit Capacitors occurring through the 3rd harmonic of the current.
Im Rahmen der Erfindung ist es weiterhin vorgesehen, daß der Generator eine Sternschaltung mit einem herausgeführten Sternpunkt aufweist.In the context of the invention it is further provided that the generator is a Star connection with a star point led out.
Vorteilhaft ist es außerdem, wenn der Umrichter in jeder Stromphase zwei oder mehr von Transistoren oder Thyristoren gebildete Halbbrücken aufweist, die bezüglich der Schaltfrequenz phasenversetzt geschaltet werden. In weiterer Ausgestaltung ist es vorgesehen, daß der Netzumrichter in jeder Stromphase zwei Transistoren oder Thyristoren aufweist, die bezüglich der Schaltfrequenz um 180° phasenversetzt geschaltet werden. Dadurch heben sich die verbleibenden Anteile der Taktfrequenz im Strom durch die Drossel teilweise auf. Das resultierende Signal hat zudem eine Oberschwingung mit der zweifachen Taktfrequenz und läßt sich dadurch einfacher filtern, da der Frequenzabstand zur Netzfrequenz größer ist als bei einer herkömmlichen Anordnung mit gleicher Taktfrequenz. Es wird so auch beim Umrichter eine deutliche Reduzierung der elektromagnetischen Abstrahlung erreicht.It is also advantageous if the converter has two or more of in each current phase Transistors or thyristors formed half-bridges with respect to Switching frequency can be switched out of phase. In a further embodiment, it is provided that the power converter has two transistors or thyristors in each current phase has, which are switched by 180 ° with respect to the switching frequency. As a result, the remaining portions of the clock frequency in the current rise through the choke partially on. The resulting signal also has a double harmonic Clock frequency and can be filtered more easily because the frequency distance to Mains frequency is greater than in a conventional arrangement with the same clock frequency. This means that there is a significant reduction in electromagnetic interference even with the converter Radiation reached.
Weiterhin ist es vorgesehen, daß die Mittelpunkte der Halbbrücken über einphasige Drosseln an das Stromnetz bzw. an einen vor dem Stromnetz angeordneten Transformator in Dyn Schaltung geführt sind. Vorzugsweise sind dabei die Wicklungslagen der einphasigen Drosseln durch Schirmwicklungen kapazitiv entkoppelt. Da die Wicklungslagen durch eine Schirmwicklung voneinander getrennt sind, wird eine kapazitive Kopplung zwischen den Wicklungslagen verhindert und die Filterwirkung der Drosseln insbesondere bei den hochfrequenten Anteilen des Stromes verbessert.It is also provided that the midpoints of the half bridges are single-phase Chokes to the power grid or to a transformer arranged in front of the power grid are guided in Dyn circuit. Preferably, the winding layers are single-phase chokes capacitively decoupled by shield windings. Because the winding layers separated by a shield winding, is a capacitive coupling prevents between the winding layers and the filter effect of the chokes in particular improved in the high-frequency portions of the current.
Vorteilhaft ist es zudem, wenn zwischen den einphasigen Drosseln und dem Stromnetz bzw. einem vor dem Stromnetz angeordneten Transformator in jeder Phase ein Filterkondensator angeordnet ist. Es wird so erreicht, daß die verbleibenden höherfrequenten Anteile des Stromes durch ein von der Serieninduktivität des Transformators und den Filterkondensatoren gebildetes Tiefpaß Filter gedämpft werden.It is also advantageous if between the single-phase chokes and the power grid or a filter capacitor in front of the power grid in each phase is arranged. It is achieved so that the remaining higher-frequency components of the Current through one of the series inductance of the transformer and Filter capacitors formed low-pass filters are damped.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen: In the drawing, an embodiment of the invention is shown and is in Described in more detail below. Show it:
Fig. 1, ein Schaltbild einer erfindungsgemäßen Anordnung zur Einspeisung von elektrischem Strom in ein 3-phasiges Stromnetz; Figure 1 is a circuit diagram of an inventive arrangement for feeding electric current in a 3-phase power grid.
Fig. 2, eine der einphasigen Drosseln, über die die Mittelpunkte der Halbbrücken an das Stromnetz bzw. an einen vor dem Stromnetz angeordneten Transformator geführt sind, in vergrößerter schematischer Darstellung. Fig. 2, one of the single-phase chokes, via which the centers of the half-bridges are led to the power grid or to a transformer arranged in front of the power grid, in an enlarged schematic representation.
In der Fig. 1 der Zeichnung ist mit 1 eine Anordnung zur Einspeisung von elektrischem Strom in ein 3-phasiges Stromnetz 2 bezeichnet. Die Anordnung 1 weist einen Generator 3 auf, der als 6-phasiger Synchrongenerator in Sternschaltung mit einem herausgeführten Sternpunkt ausgebildet ist. Die sechs Phasen 4 des Generators 3 haben eine Phasenverschiebung von je 60° elektrisch. Der Generator 3 ist so ausgelegt, daß er über einen großen Drehzahlbereich eine konstante Spannung liefern kann, wobei die Spannung über die Erregung geregelt wird.In FIG. 1 of the drawing, 1 denotes an arrangement for feeding electrical current into a 3-phase power network 2 . The arrangement 1 has a generator 3 , which is designed as a 6-phase synchronous generator in star connection with a star point brought out. The six phases 4 of the generator 3 each have a phase shift of 60 ° electrically. The generator 3 is designed so that it can deliver a constant voltage over a large speed range, the voltage being regulated via the excitation.
Die Phasen 4 des Generators 3 sind an einen ungesteuerten 6-phasigen Gleichrichter 5 geführt. An den Gleichrichter 5 schließt sich ein von Kondensatoren 6 gebildeter symmetrischer Gleichspannungs-Zwischenkreis 7 an, dessen Mittelpunkt 7a geerdet ist.The phases 4 of the generator 3 are led to an uncontrolled 6-phase rectifier 5 . To the rectifier 5, a formed of capacitors 6 symmetrical DC intermediate circuit 7 includes at its center is grounded 7 a.
Dem Gleichspannungs-Zwischenkreis 7 ist ein Umrichter 8 nachgeschaltet, der je Stromphase zwei Halbbrücken 9 mit Mittelpunkten 10 aufweist. In den Halbbrücken 9 sind Transistoren 11, beispielsweise IGBT oder Mosfet angeordnet. Anstelle der Transistoren 11 können ggf. auch Thyristoren vorgesehen sein. Die Transistoren 11 bzw. Thyristoren werden bezüglich der Schaltfrequenz um 180° phasenversetzt geschaltet. Gegebenenfalls ist es auch möglich, in jeder Phase drei oder mehr Halbbrücken 9 anzuordnen. Die Halbbrücken 9 werden auch dann zeitlich versetzt angesteuert. Die Verschiebung zur Taktfrequenz erfolgt um einen Wert, der sich wie folgt errechnet: 360°/Anzahl der Halbbrücken 9. Die resultierende Oberschwingung reduziert sich dadurch weiter, die Frequenz der resultierenden Oberschwingung ist im Verhältnis zur Taktfrequenz um das Vielfache der Anzahl der vorhandenen Halbbrücken 9 größer.The DC voltage intermediate circuit 7 is followed by a converter 8 , which has two half bridges 9 with center points 10 for each current phase. Transistors 11 , for example IGBT or Mosfet, are arranged in the half bridges 9 . Instead of the transistors 11 , thyristors can also be provided if necessary. The transistors 11 and thyristors are switched out of phase with respect to the switching frequency by 180 °. If necessary, it is also possible to arrange three or more half bridges 9 in each phase. The half-bridges 9 are then also actuated at different times. The shift to the clock frequency takes place by a value that is calculated as follows: 360 ° / number of half bridges 9 . The resulting harmonic is further reduced, the frequency of the resulting harmonic is greater than the clock frequency by a multiple of the number of half-bridges 9 present.
Die Mittelpunkte 10 der Halbbrücken 9 sind über einphasige Drosseln 12 und einen Filterkondensator 13 an einen vor einem Stromnetz 14 angeordneten Transformator 15 geführt. Es handelt sich hier um einen Netztransformator in Dyn Schaltung.The center points 10 of the half-bridges 9 are led via single-phase chokes 12 and a filter capacitor 13 to a transformer 15 arranged in front of a power grid 14 . This is a mains transformer in Dyn circuit.
Die Drosseln 12 weisen Wicklungslagen 16 auf, die durch Schirmwicklungen 17 kapazitiv entkoppelt sind. Mittels der Schirmwicklungen 17 wird eine kapazitive Kopplung zwischen den Wicklungslagen 16 verhindert und die Filterwirkung der Drosseln 12 insbesondere bei den hochfrequenten Anteilen des Stromes verbessert. Die Filterkondensatoren 13 bilden zusammen mit der Serieninduktivität des Transformators 15 einen Tiefpaßfilter, der hohe Frequenzanteile des Stromes dämpft.The chokes 12 have winding layers 16 which are capacitively decoupled by shield windings 17 . A capacitive coupling between the winding layers 16 is prevented by means of the shield windings 17 and the filter effect of the chokes 12 is improved, in particular in the case of the high-frequency components of the current. The filter capacitors 13 , together with the series inductance of the transformer 15, form a low-pass filter which dampens high frequency components of the current.
Die verbleibenden Anteile der Taktfrequenz im Strom heben sich durch die Anordnung der Drosseln 12 teilweise auf. Das resultierende Signal hat zudem eine Oberschwingung mit der zweifachen Taktfrequenz und läßt sich dadurch einfacher filtern, da der Frequenzabstand zur Netzfrequenz größer ist als bei einer herkömmlichen Anordnung mit gleicher Taktfrequenz. Mittels dieser Anordnung 1 ist es grundsätzlich möglich geworden, die elektromagnetische Abstrahlung und leitungsgebundene Störungen erheblich zu reduzieren. Außerdem ist es gelungen, Verluste in den Halbleitern durch Senkung der Schaltfrequenz zu verringern.The remaining portions of the clock frequency in the current are partially canceled out by the arrangement of the chokes 12 . The resulting signal also has a harmonic at twice the clock frequency and is therefore easier to filter, since the frequency distance from the mains frequency is greater than in a conventional arrangement with the same clock frequency. In principle, this arrangement 1 has made it possible to considerably reduce the electromagnetic radiation and line-related interference. In addition, it has been possible to reduce losses in the semiconductors by lowering the switching frequency.
Zwischen dem Gleichrichter 5 und dem Umrichter 8 wird in an sich bekannter Weise ein Gleichspannungs-Zwischenkreis 7 aus Kondensatoren 6 angeordnet. Erfindungsgemäß wird dieser Gleichspannungs-Zwischenkreis 7 jedoch spannungsmäßig geteilt und dessen Mittelpunkt 7a geerdet. Dies hat zur Folge, daß ein sehr großer Anteil der gesamten Anordnung 1 für hohe Frequenzen eine niedrige Impedanz zur Erde aufweist und deshalb eine nur sehr geringe elektromagnetische Abstrahlung hervorrufen kann.A DC voltage intermediate circuit 7 composed of capacitors 6 is arranged between the rectifier 5 and the converter 8 in a manner known per se. According to the invention, this DC voltage intermediate circuit 7 is divided in terms of voltage and its center 7 a is grounded. The consequence of this is that a very large proportion of the entire arrangement 1 has a low impedance to earth for high frequencies and can therefore cause only a very low electromagnetic radiation.
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